DE4225683A1

DE4225683A1 - Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit drehmomentgeregeltem Antrieb

Info

Publication number: DE4225683A1
Application number: DE4225683A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Ing Pfeiffer; Michael Dipl Ing Buscher; Hans-Juergen Dipl Ing Schwartz
Original assignee: SCHWARTZ HANS JUERGEN DIPL ING
Current assignee: SCHWARTZ HANS JUERGEN DIPL ING
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2012-08-05
Also published as: DE4225683C2

Description

2.1 Überblick

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen (insbesondere Schienenfahrzeugen) mit vorzugsweise elektrischen Fahrmotoren auf das Kraftschlußmaximum im Radauf standspunkt. Die Erfindung ergänzt und modifiziert das in /1/ beschriebene Verfahren so, daß es den Anforderungen des praktischen Betriebs gerecht wird.

Es wird von einem Stand der Technik ausgegangen, wie er durch /1/ bis /10/ gegeben ist. Die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren und Anordnungen leiden zunächst unter dem Mangel, daß sie nicht für den generatorischen Bremsbetrieb geeignet sind. Da diese Betriebsart insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit elektrischen Fahr motoren wegen der Rückspeisung der Bremsenergie und zur Vermeidung von Verschleiß an den Reibungsbremsen eine überragende Bedeutung besitzt und strengen Sicherheitsanforderungen genügen muß, ist dieser Mangel erheblich.

Weiterhin wird im folgenden detailliert aufgezeigt, daß die Verfahren und Anordnungen nach /1/ und /2/ unter einigen praktisch bedeutsamen Betriebs bedingungen auch im Fahrbetrieb nicht zufriedenstellend funktionieren können.

Hinzu kommt, daß die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren und Anordnungen immer einen extrem schnell regelbaren Fahrzeugantrieb voraussetzen, wie er keinesfalls auf allen Fahrzeugen ausgeführt oder ausführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, sowohl bei nasser, vereister und/oder verschmutzter Schiene bzw. Fahrbahn die physikalisch maximal mögliche Antriebskraft im Radaufstandspunkt zu übertragen, als auch bei guten Kraftschlußverhältnissen oder bei geringem Bedarf an Antriebskraft dem Fahrzeugführer zu ermöglichen, beliebig kleine Antriebskräfte einzustellen. Der Übergang zwischen diesen beiden Betriebsarten soll ohne Eingriff des Fahrzeugführers und ohne nachteilige Ausgleichsvorgänge erfolgen.

Zur Ausnutzung der physikalisch maximal möglichen Antriebskraft im Radauf standspunkt muß jedes zu regelnde Rad in einem Arbeitspunkt möglichst nahe am Maximum der Kraftschlußkennlinie betrieben werden. Dies soll auch dann ohne Eingriff des Fahrzeugführers erreicht werden, wenn sich die Kraftschlußverhältnisse entlang der Strecke ändern. Hierbei sollen ausdrücklich sowohl Änderungen des maximalen Kraftschlußbeiwerts f_max selbst als auch der dem maximalen Kraftschluß beiwert f_max zugeordneten Differenzgeschwindigkeit Δv_opt zugelassen werden. Andererseits darf das von der Radschlupfregelung eingestellte Drehmoment nie so groß werden, daß die entwickelte Antriebskraft größer wird als der vom Fahrzeug führer eingestellte Sollwert, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Ruckbegrenzung und der durch die Leistungsfähigkeit der Antriebsanlage gesetzten Grenzen.

Die Erfindung soll grundsätzlich sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb der Fahrmotoren die oben definierten Ziele erreichen, also auch im elektrischen Brems betrieb voll wirksam sein. Eine Beeinträchtigung der Funktion durch gleichzeitigen Einsatz der Reibungsbremsen des Fahrzeugs und/oder des Wagenzugs soll ausgeschlossen sein.

Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung, im folgenden "Radschlupfregelung" genannt, gegenüber den bekannten Verfahren bestehen also darin, daß bei einer im Grenzfall vollständigen, stets aber sehr hohen Ausnutzung des jeweils verfügbaren Kraft schlusses im Radaufstandspunkt bisher vorhandene Nachteile vermieden werden:

- Es können stets beliebig kleine Zugkräfte eingestellt werden.
- Durch selbsttätige Regelung auf die optimale Differenzgeschwindigkeit im Rad aufstandspunkt wird im Fahr- und Bremsbetrieb auch bei mäßig schnell regelbaren Antrieben die physikalisch maximal mögliche Antriebs- oder Brems kraft ausgeübt und unnötiger Verschleiß vermieden, wie er bei zu großer Differenzgeschwindigkeit auftritt.
- Durch die Vermeidung zu großer Differenzgeschwindigkeit wird das Entstehen der für das Antriebssystem gefährlichen Reibschwingungen von vornherein noch sicherer ausgeschlossen.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird die Erfindung nachstehend erläutert:

Fig. 1 zeigt die Kraftschlußkennlinie, wie sie in der Literatur allgemein für den Zusammenhang von auf die Radaufstandskraft bezogener Radumfangskraft und Differenzgeschwindigkeit Δv im Radaufstandspunkt angenommen wird. Das Maximum ist mit X bezeichnet.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Radschlupfregelung für ein(en) Treibrad(satz). Gestrichelt eingezeichnete Blöcke und die zugehörigen Signalverbindungen sind für die ordnungsgemäße Funktion nicht zwingend erforderlich, ergeben jedoch ein ver bessertes Verhalten.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf charakteristischer Größen als Ergebnis einer Simulationsrechnung.

2.2 Prinzip der Radschlupfregelung

Die Blockstruktur (Fig. 2) läßt die Gemeinsamkeiten, aber auch die Unterschiede zu den in /1/ und /2/ beschriebenen Anordnungen erkennen. Die zentrale Funktion des Drehzahlregelkreises (Integrator 5 zur Bildung des Geschwindigkeitssollwerts, Multiplizierer 6, Subtrahierer 11 für den Soll- Ist- Vergleich, Drehzahlregler 7, Drehmomentregler + Umrichter + Fahrmotor 8, Antriebsstrang + Radaufstands punkt 9) wird übernommen. Ein wesentlicher Unterschied besteht zunächst in der Bildung des dem Integrator 5 zugeführten Beschleunigungssollwerts b_soll, der abwechselnd die Werte b₀ und b₁ annimmt. Nach /1/ und /2/ wird b₀ auf einen Wert kleiner oder gleich 0 gesetzt (b₀ 0). Der Wert b₁ wird nach /1/ und /2/ als Quotient F_soll/m berechnet, hängt also von dem durch den Fahrzeugführer vorgegebenen Zugkraftsollwert F_soll und einer fiktiven Zugmasse m ("Last") ab, die in der Lastadaptierungsstufe (Block 2 der Fig. 2 in /1/) gebildet wird.

Zweck des Beschleunigungswechsels b₁→b₀→b₁ . . . ist die Verschiebung des Arbeitspunkts auf der Kraftschlußkennlinie zwischen einem Wert kurz vor dem Kraft schlußmaximum auf einen solchen kurz hinter dem Kraftschlußmaximum und wieder zurück. Hierzu ist unabdingbare Voraussetzung, daß der Beschleunigungssollwert b₁ größer und der zeitlich anschließende Beschleunigungssollwert b₀ kleiner als die Fahr zeugbeschleunigung b_z eingestellt wird:

b₀ < b_z < b₁ (1)

Dies ist aber durch die in /1/ und /2/ beschriebenen Verfahren nicht gewährleistet. So kann beispielsweise bei Gefällefahrt die "Last" m zu Null werden. Auch wenn bei Fahrt in Beharrung die "Last" m richtig adaptiert wird, folgt nach /1/ und /2/ für den Beschleunigungssollwert b₁ = b_z. Damit behält der Arbeitspunkt seine Lage bei, wandert also nicht mehr in Richtung des Kraftschlußmaximums, was eine mangelhafte Kraftschlußausnutzung oder eine dauerhaft zu große Differenz geschwindigkeit im Radaufstandspunkt zur Folge hat.

Ein wesentliches Merkmal der neuen, hier vorgeschlagenen Radschlupfregelung ist es, die Forderung (1) dadurch zu erfüllen, daß konsequent ein Wechsel des Beschleunigungssollwerts b_soll stattfindet zwischen einem Wert b₀, der um einen Beschleunigungshub Δb₀ kleiner ist als eine "adaptierte" Fahrzeugbeschleunigung b_ad, zu einem Wert b₁, der um einen Beschleunigungshub Δb₁ größer ist als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad:

b₀ = b_ad - Δb₀ (2)

b₁ = b_ad + Δb₁ (3)

Die Realisierung durch die Beschleunigungslogik 31 erfordert außer einer zweckmäßigen Vorgabe der grundsätzlich frei wählbaren Beschleunigungshübe Δb₀ und Δb₁ die Bildung einer adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad als Ersatz für die i.a. nicht unmittelbar verfügbare Fahrzeugbeschleunigung b_z. Diesem Zweck dient die in Fig. 2 skizzierte Beschleunigungsadaptionsstufe 2. Somit sind Aufgabe und Wirkungsweise dieses Blocks vollkommen verschieden von der in /1/ und /2/ angegebenen Lastadaptierungsstufe.

2.3 Beschleunigungsadaption

Die Aufgabe der Beschleunigungsadaptionsstufe 2 ist die Berechnung einer adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad, die der über einen sinnvollen Zeitraum gemittelten Fahrzeugbeschleunigung b_z möglichst gleich sein soll.

Zur Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die meisten beruhen auf der Tatsache, daß die Radumfangsbeschleunigung im Mittel gleich der Fahrzeugbeschleunigung ist, solange sich die Differenzgeschwindigkeit Δv im Radaufstandspunkt nicht ständig in einer Richtung ändert.

Es werden hier zunächst zwei neue Methoden zur Beschleunigungsadaption vor geschlagen:

1. Die Drehzahl n_ist wird zu jedem Umschaltzeitpunkt gemessen und gespeichert, in dem die Suchlogik 4 von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungs erhöhung" umschaltet. Die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad zwischen zwei Umschaltzeitpunkten t₁ und t₂ läßt sich dann aus der Differenz zweier Drehzahlen, bezogen auf den zeitlichen Abstand ihrer Messung, bestimmen: mit:
D = Raddurchmesser
ü = GetriebeübersetzungDie Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ müssen dabei nicht zwingend unmittelbar aufeinander folgen, es kann sogar vorteilhafter sein, einen zeitlichen Mindestabstand einzuhalten, damit relativ schnelle Änderungen der Drehzahl n_ist (z. B. aufgrund eines sich stark ändernden Fahrbahn- oder Schienenzustands) nicht als Änderung der Fahr zeugbeschleunigung gewertet werden.
Die ausgewählten Umschaltzeitpunkte t₁ und t₂ sollten immer gleichsinnigen Umschaltungen zugeordnet sein, vorzugsweise den Umschaltungen von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung". Erstens liegt so der Arbeitspunkt immer im stabilen Bereich der Kraftschlußkennlinie (Δv < Δv_opt), und zweitens ist dann der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie annähernd gleich dem des vorhergehenden Meßzeitpunkts.
Bei einer Bildung der Fahrzeugbeschleunigung aus den Radumfangsbeschleunigungen muß der Zeitraum der Ermittlung einerseits so lang sein, daß durch Kraftschluß sprünge verursachte Änderungen der Radumfangsbeschleunigung nicht als Änderungen der Fahrzeugbeschleunigung gewertet werden. Andererseits muß der Zeitraum so kurz sein, daß auch schnelle Änderungen der Fahrzeugbeschleunigung b_z erkannt werden, so daß auch in kritischen Fällen (z. B. Anfahrt eines leichten Zuges oder Fahrzeugs, plötzliche Bremsung) die Fahrzeugbeschleunigung b_z nie kleiner als der Beschleunigungssollwert b₀ bzw. nie größer als der Beschleunigungssollwert b₁ werden kann.
2. Neben der Möglichkeit, die Fahrzeugbeschleunigung aus der Drehzahl n_ist zu berechnen, kann diese auch unmittelbar mit einem auf dem Fahrzeug installierten Beschleunigungsaufnehmer gemessen werden. Solche Geräte sind mit sehr guter Genauigkeit erhältlich. Sie benötigen nur wenig Platz und lassen sich an einer beliebigen Stelle des Fahrzeugkastens anbringen. Allerdings sind sie so auszurichten, daß nur die Längsbeschleunigung gemessen wird.
3. Die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad läßt sich auch mit den in /1/ beschriebenen Ansätzen errechnen: k=1, 2, 3 . . .
T=Periodendauer der Suchlogik
oder: _ist=geglättete Drehzahl

Für den Betriebsfall "Begrenzerbetrieb" gelten besondere Bedingungen für die Adaption der Fahrzeugbeschleunigung. Diese werden in Abschnitt 2.5 behandelt.

2.4 Beschleunigungslogik

Nach /1/ und /2/ wird ausschließlich der Drehmomentsollwert M_soll in Verbindung mit dem zuletzt erreichten maximalen Drehmomentsollwert M_max zur Bildung des binären Ausgangssignals der Suchlogik 4 ausgewertet.

Zur Verbesserung der Kraftschlußausnutzung und zur sicheren Führung des Rades oder Radsatzes wird insbesondere bei nur langsam regelbaren Antrieben vorgeschlagen, auch die Radumfangsbeschleunigung auszuwerten und für die Bildung des binären Ausgangssignals der Suchlogik zu verwenden. Hierzu soll die Beschleuni gungslogik 31 folgende zusätzliche Aufgaben übernehmen:

1. Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung vor dem Umschalten von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung"

Um sicherzustellen, daß beim Wechsel von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" der Arbeitspunkt im stabilen Bereich (Δv < Δv_opt) der Kraftschlußkennlinie liegt, ist es zweckmäßig, vor dem Wechsel die Radumfangs beschleunigung zu überprüfen. Ist die Radumfangsbeschleunigung b_ist kleiner als die Fahrzeugbeschleunigung b_z, so bewegt sich der Arbeitspunkt auf der Kraftschluß kennlinie (Fig. 1) nach links. Es muß deshalb auf jeden Fall die Radumfangs beschleunigung kleiner als die Fahrzeugbeschleunigung sein (b_ist < b_z), bevor die Suchlogik die "Beschleunigungserhöhung" einstellen darf. Da diese Bedingung aber nur sicherstellt, daß sich der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie (Fig. 1) nach links bewegt, nicht aber, daß er sich schon im stabilen Bereich (Δv < Δv_opt) befindet, soll nach Erfüllen der Bedingung b_ist < b_z noch eine vorgebbare Zeit gewartet und/oder die Bedingung b_ist < b_z verschärft werden (z. B. in Form von b_ist < b_z - Δb_s). Da die Fahrzeugbeschleunigung b_z i.a. nicht bekannt ist, kann statt dieser die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad verwendet werden. Die Suchlogik 4 darf somit erst dann die "Beschleunigungserhöhung" veranlassen, wenn für eine vorgegebene Zeit die Radumfangsbeschleunigung b_ist um mehr als einen vorgebbaren Wert Δb_s kleiner als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad ist:

b_ist < b_ad - Δb_s (7)

mit:
Δb_s = Konstante

2. Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung nach dem Umschalten von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion"

Sehr starke Kraftschlußeinbrüche können - insbesondere bei nur langsam regelbaren Antrieben - dazu führen, daß der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie längere Zeit im instabilen Bereich (Δv < Δv_opt) liegt. Der verfügbare Kraftschluß wird dann nur unvollständig ausgenutzt, vor allem aber entsteht die Gefahr aufklingender Reib schwingungen. Es wird deshalb im Fall eines starken Kraftschlußeinbruchs vorgesehen, den aktuellen Beschleunigungssollwert b_soll = b₀ deutlich zu verkleinern (z. B. durch Vergrößern des Beschleunigungshubs Δb₀). Als Kriterium zum Erkennen eines starken Kraftschlußeinbruchs wird die Überwachung der Radumfangs beschleunigung auf folgende Weise vorgeschlagen:

Zu jedem Umschaltzeitpunkt von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" wird die Radumfangsbeschleunigung b_ist abgespeichert. Vergrößert sich trotz der nach dem Umschaltzeitpunkt vorliegenden "Beschleunigungsreduktion" die Radumfangsbeschleunigung gegenüber der beim Umschaltzeitpunkt abgespeicherten Beschleunigung um einen vorgegebenen Wert, so liegt ein starker Kraftschlußeinbruch vor, und der aktuelle Beschleunigungssollwert b_soll = b₀ wird (z. B. durch Vergrößern des Beschleunigungshubs Δb₀) verkleinert. Ansonsten bleibt die Funktion der Radschlupfregelung unverändert.

3. Vergleich der Radumfangsbeschleunigung mit dem Beschleunigungssollwert

Bei sehr steiler Kraftschlußkennlinie im Bereich kleiner Differenzgeschwindigkeiten bewegt sich der im stabilen Bereich der Kraftschlußkennlinie liegende Arbeitspunkt nur sehr langsam in Richtung Kraftschlußmaximum, d. h. der zur Verfügung stehende Kraftschluß wird nur unvollständig genutzt. Es wird deshalb empfohlen, oberhalb einer bestimmten Differenz zwischen Radumfangsbeschleunigung b_ist und Beschleunigungs sollwert b_soll den Beschleunigungssollwert zusätzlich zu vergrößern, damit der vom Drehzahlregler 7 berechnete Drehmomentsollwert M_soll schnell ansteigt. Diese Drehmomenterhöhung muß einerseits so gewählt werden, daß sich der Arbeitspunkt schnell in Richtung Kraftschlußmaximum bewegt, so daß der zur Verfügung stehende Kraftschluß möglichst gut genutzt wird. Andererseits darf der Drehmomentsollwert beim Überschreiten des Kraftschlußmaximums nicht so groß sein, daß der Arbeits punkt unnötig weit in den instabilen Bereich wandert.

Es wird vorgeschlagen, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Beschleunigungs sollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist den Beschleunigungssollwert b_soll um einen von der Zusatzbeschleunigungslogik 34 berechneten Betrag zu erhöhen und den so berechneten Wert b_sollk dem Integrator 5 als Eingangsgröße vorzugeben. Sinnvoll ist beispielsweise die Vergrößerung von b_soll um einen Anteil, der quadratisch von der Differenz b_soll-b_ist abhängig ist:

b_sollk = b_soll + K · (b_soll - b_ist)² (8)

mit: K = Konstante
Große Abweichungen werden somit stärker gewichtet als kleine.

Die Beschleunigungsollwerterhöhung führt zu einer Erhöhung des Drehzahl sollwerts n_soll, so daß die Regelabweichung n_soll-n_ist größer wird und der Drehzahl regler wie gewünscht den Drehmomentsollwert M_soll erhöht. Die zusätzliche Drehmomenterhöhung wird selbsttätig reduziert, sobald die Abweichung zwischen Beschleunigungssollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist wieder kleiner wird, so daß das Kraftschlußmaximum nicht unnötig weit in Richtung des instabilen Bereichs überschritten wird.

2.5 Begrenzerbetrieb

Oft muß bei trockener Schiene und fast immer bei Beharrungsfahrt in der Ebene vom Fahrzeug weniger Zugkraft aufgebracht werden, als aufgrund der Kraftschluß verhältnisse übertragen werden könnte. Ganz allgemein muß der Fahrzeugführer die Möglichkeit haben, eine beliebig kleine Zugkraft F_soll einstellen zu können. Abgesehen von einem reduzierenden Eingriff zum Schutz der Antriebsanlage oder zur Ruck begrenzung bildet die Begrenzungsstufe 1 aus dem Zugkraftsollwert F_soll unter Berücksichtigung des Raddurchmessers D und der Getriebeübersetzung ü die Drehmomentsteuergröße M_b nach folgender Formel:

Die Bestimmung des Beschleunigungssollwerts b_soll nach der im Abschnitt 2.2 angegebenen Methode stellt zwar sicher, daß immer das Maximum der Kraftschluß kennlinie gesucht wird. Sie ermöglicht aber keine Begrenzung des Drehmoment sollwerts M_soll auf M_b.

In /1/ wird vorgeschlagen, den Drehzahlsollwert n_soll als Integral des Quotienten F_soll/m zu berechnen. Dieser Vorschlag wird in /2/ übernommen. Damit hängt aber die Drehmomentsollwertvorgabe auch von der korrekten Berechnung der "Last" m und nicht mehr allein vom Zugkraftsollwert F_soll des Fahrzeugführers ab. Diese indirekte Vorgabe ist nicht sicher im Sinne der Sicherheitsregeln für Fahrzeuge, zumindest aber ungenau. Wird beispielsweise die "Last" m von der Lastadaptierungs stufe zu groß vorgegeben, so wird eine kleinere Antriebskraft ausgeübt als vorgegeben, selbst wenn die aktuellen Kraftschlußverhältnisse eine höhere Antriebskraft zuließen.

Außerdem entsteht infolge des zwischengeschalteten Integrators immer eine Zeit verzögerung, wodurch beispielsweise präzise Rangiermanöver unmöglich sind. Es wird deshalb folgende neue Methode zur Vorgabe eines beliebig kleinen Zugkraftsoll werts F_soll vorgeschlagen:

Immer dann, wenn der vom Drehzahlregler 7 ausgegebene Drehmomentsollwert M_soll größer würde als die Drehmomentsteuergröße M_b, werden die Ausgangsgröße v_soll des Integrators 5 und die Ausgangsgröße M_soll des Drehzahlreglers 7 über die Begrenzer logik 30 auf sinnvolle Werte gesetzt.

Diese Werte werden im Gegensatz zu /2/ unabhängig vom Betrag wirksam, um den M_soll größer als M_b ist. Sobald überhaupt eine meßbar kleine positive Differenz M_soll-M_b auftritt, veranlaßt die Begrenzerlogik eine Veränderung der Ausgangs größen v_soll und M_soll derart, daß diese Differenz sofort wieder zu Null wird.

Somit kann die in /2/ erforderliche Minimalwertstufe 20 entfallen. Diese ist nur deshalb notwendig, weil das Ausgangssignal M_soll des Drehzahlreglers 7 aufgrund der in /2/ vorgeschlagenen ausschließlichen Beeinflussung der Ausgangsgröße v_soll des Integrators 5 in Abhängigkeit von der Differenz M_soll-M_soll* größer werden kann als die Steuergröße M_soll*. Insbesondere bei guten Kraftschlußverhältnissen und/oder entsprechend kleiner Zugkraftsollwertvorgabe F_soll des Fahrzeugführers wird der vom Drehzahlregler 7 vorgegebene Drehmomentsollwert M_soll dauerhaft die Steuer größe M_soll* überschreiten. Nach Verfahren und Anordnung /2/ besitzt dadurch der Drehmomentsollwert M_soll einen zu großen Wert, der bei plötzlichen Kraftschluß einbrüchen vom Drehzahlregler 7 nicht beliebig schnell reduziert werden kann. Deshalb läßt sich mit Verfahren /2/ in diesem Betriebsfall ein transientes Schleudern nicht verhindern.

Durch die hier erfindungsgemäß vorgeschlagene direkte Beeinflussung des Drehmomentsollwerts M_soll ist sichergestellt, daß bei plötzlichen Kraftschluß einbrüchen der Drehmomentsollwert M_soll auch dann unverzüglich auf einen entsprechend kleinen Wert reduziert wird, wenn der bis dahin anstehende Ausgangs wert M_soll den bisherigen maximal möglichen Kraftschluß nicht ausgenutzt hat. Es wird dann nämlich ohne Verzögerung die Suchlogik 4 aktiv.

Durch die hier neu eingeführten Signale v_a und M_a (s. Fig. 2) sind der Geschwindigkeitssollwert v_soll und der Drehmomentsollwert M_soll so zu bestimmen, daß die Radschlupfregelung bei plötzlichen Kraftschlußeinbrüchen sofort den Drehmomentsollwert M_soll reduziert, den Begrenzerbetrieb verläßt und das neue Kraftschlußmaximum mit Hilfe der Suchlogik sucht. Die Bestimmung des Geschwindigkeitssollwerts v_soll und des Drehmomentsollwerts M_soll ist von der gewählten Reglerstruktur abhängig. Bei Verwendung eines P-Reglers kann gebildet werden:

oder:

M_soll = M_b (13)

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_r = Reduktionsfaktor
K_red = Reduktionswert
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers

Bei Verwendung eines PI-Reglers kann gebildet werden (1. Möglichkeit):

v_soll = v_sollalt - K_red (14)

oder:

M_I = M_b - M_P (17)

M_soll = M_P + M_I (18)

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_red = Reduktionswert
v_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers
M_P = P-Anteil des Drehzahlgebers
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers
oder (2. Möglichkeit):

v_soll = v_sollalt für n_soll n_ist (19)

v_soll = v_soll + K_v für n_soll < n_ist (20)

M_I = M_b (21)

M_soll = M_I (22)

mit:
K_v = Vergrößerungswert
v_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

Nach dem Setzen des Integrators auf den neuen Geschwindigkeitssollwert v_soll und der Neuberechnung des Drehmomentsollwerts M_soll ist es vorteilhaft, das binäre Aus gangssignal der Suchlogik auf "Beschleunigungserhöhung" zu schalten. Damit ist sichergestellt, daß die Radschlupfregelung auch im Begrenzerbetrieb ständig versucht, den Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie nach rechts - also in Richtung auf das Kraftschlußmaximum - zu bewegen.

Da sich die Fahrzeugbeschleunigung selbstverständlich auch im Begrenzerbetrieb ändern kann, muß in dieser Betriebsart ebenfalls eine Beschleunigungsadaption stattfinden. Die Radschlupfregelung befindet sich - wie beschrieben - im Begrenzer betrieb ständig im Zustand "Beschleunigungserhöhung". Eine Umschaltung zwischen den Zuständen "Beschleunigungsreduktion" und "Beschleunigungserhöhung" findet also nicht statt. Deshalb kann die erste vorgeschlagene Methode der Beschleunigungs adaption (Gleichung (4)) nur im Such-, nicht aber im Begrenzerbetrieb angewendet werden. Aus ähnlichen Gründen läßt sich auch die in /1/ (Anspruch 6) vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung (Gleichung (5)) nicht im Begrenzerbetrieb anwenden. Die in /1/ (Anspruch 7) vorgeschlagene Methode ist mit folgendem Problem verbunden: Zum einen darf der Zeitraum, innerhalb dessen n_ist gemittelt wird, nicht zu klein sein, damit kurzzeitige Änderungen der Drehzahlen n_ist (z. B. durch einen Kraftschlußverfall) nicht als Änderungen der Fahrzeug beschleunigung mißdeutet werden. Zum anderen darf sich innerhalb des Mittelungs zeitraums die Fahrzeugbeschleunigung nicht so stark ändern, daß Ungleichung (1) nicht mehr erfüllt ist.

Die in Abschnitt 2.3 vorgeschlagene Möglichkeit, die Fahrzeugbeschleunigung mit einem Beschleunigungsaufnehmer zu messen, ist auch im Begrenzerbetrieb anwendbar. Für den Begrenzerbetrieb wird außerdem folgende neue Methode vorgeschlagen:

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem der vom Drehzahlregler 7 vorgegebene Drehmoment sollwert M_soll größer wird als die Steuergröße M_b, wird der Zählerstand z eines Zählers in der Begrenzerlogik 30 um den Wert 1 erhöht. Hat der Zählerstand den vorgegeben Wert z_max erreicht, berechnet die Beschleunigungsadaptionsstufe 2 einen Wert für die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad. Hierdurch ausgelöst wird der Zählerstand auf Null zurückgesetzt. Der Wert der adaptierten Fahrzeug beschleunigung b_ad kann analog zur ersten vorgeschlagenen Möglichkeit der Beschleunigungsadaption aus der Differenz zweier Drehzahlen, bezogen auf den zeitlichen Abstand ihrer Messung, bestimmt werden:

mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung

Zu den Zeitpunkten t_a und t_b hat der Zählerstand jeweils den Wert z_max erreicht. Der Wert z_max ist so vorzugeben, daß sich während der Zeit t_b-t_a die Fahrzeug beschleunigung nicht so stark ändern kann, daß Ungleichung (1) nicht mehr erfüllt ist. Der Zähler stellt sicher, daß bei einem plötzlichen Kraftschlußeinbruch oder bei einer Erhöhung des Zugkraftsollwerts über die übertragbare Zugkraft hinaus keine Beschleunigungsadaption stattfinden kann. Denn in diesen Fällen wird M_soll sofort kleiner als M_b, so daß der Zählerstand nicht weiter erhöht wird. Dies ist der wesentliche Vorteil eines Zählers gegenüber Methoden der Mittelwertbildung oder Glättung.

2.6 Schweranfahrtlogik

Die Kraftschlußausnutzung entscheidet, ob die Anfahrt eines schweren Zuges in der Rampe auf nasser Schiene gelingt oder nicht. Insbesondere bei niedrigen Geschwindig keiten und sehr kleiner Fahrzeugbeschleunigung besteht die Gefahr, daß der Arbeits punkt auf der Kraftschlußkennlinie durch eine zu große Radumfangsbeschleunigung zu weit nach rechts (Δv < Δv_opt) wandert und Reibschwingungen aufklingen. Außerdem ist bei einer Schweranfahrt zu beachten, daß sich der Zug zunächst nicht oder nur sehr langsam in Bewegung setzen wird, d. h. die Radaufstandspunkte werden sich nicht oder nur sehr langsam in Fahrtrichtung bewegen. Es sind deshalb unter allen Umständen zu hohe Radumfangsgeschwindigkeiten zu vermeiden, denn sie führen aufgrund der entstehenden sehr großen Reibungswärme im Radaufstandspunkt zu Beschädigungen am Schienenkopf. Um auch schwere Züge mit höchster Kraftschluß ausnutzung und unter Vermeidung unnötig hoher Radumfangsgeschwindigkeiten anfahren zu können, wird vorgeschlagen, die Radschlupfregelung um die Schwer anfahrtlogik 37 zu erweitern:

Die Schweranfahrtlogik muß zunächst in der Lage sein, selbständig zu erkennen, wann eine Schweranfahrt vorliegt. Hierfür soll folgendes Kriterium gelten: Ist bei einem Wechsel von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" die Drehzahl n_ist kleiner als eine vorgegebene Drehzahlschwelle, so liegt eine Schweran fahrt vor.

Hat die Schweranfahrtlogik erkannt, daß eine Schweranfahrt vorliegt, so gibt sie über den Integrator 5 einen sehr kleinen Geschwindigkeitssollwert v_soll vor, aus dem die Führungsgröße des Drehzahlregelkreises gebildet wird. Dieser Geschwindigkeits sollwert v_soll wird solange konstant vorgegeben, bis der Zug beschleunigt. So wird mit Hilfe des Drehzahlregelkreises auch bei sehr schlechten Kraftschlußverhältnissen sichergestellt, daß der Radsatz bzw. das Rad nicht schleudert, denn die Drehzahl wird nicht über das Kraftschlußmaximum hinaus erhöht. Außerdem wird durch das gleichmäßige, langsame Drehen der Räder der Kraftschlußbeiwert erhöht: Laubbeschmutzte, nasse oder feuchte Schienen werden durch die entstehende geringe Reibungswärme gesäubert und getrocknet. Eine Beschädigung des Schienenkopfes ist jedoch wegen der kleinen, geregelten Radumfangsgeschwindigkeit ausgeschlossen.

Sobald der Zug beschleunigt, muß die Radumfangsgeschwindigkeit erhöht werden, damit der verfügbare Kraftschluß weiterhin vollständig genutzt wird. Deshalb muß die Schweranfahrtlogik erkennen, wann sich der Zug in Bewegung setzt, also beschleunigt.

Die hierzu vorgeschlagene Methode beruht auf folgendem physikalischen Zusammenhang: Zur Regelung der Radsätze auf konstante Drehzahl gibt der Drehzahlregler einen Drehmomentsollwert M_soll vor, der im Mittel der übertragbaren Zugkraft entspricht. Durch den Reinigungseffekt der langsam drehenden Räder wird die übertragbare Zugkraft und damit auch der Drehmomentsollwert M_soll ansteigen. Ist die übertragbare Zugkraft so groß, daß sich der Zug in Bewegung setzt, also beschleunigt, wandert der Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie nach links. Dadurch verkleinert der Drehzahlregler den Drehmomentsollwert M_soll. Wird nun der Drehmomentsollwert M_soll so stark geglättet, daß M_soll nur bei einer Beschleunigung des Zuges und nicht bei kurzen Drehzahlerhöhungen aufgrund von Kraftschluß schwankungen oder Änderungen der Radaufstandskräfte durch Drehgestellbewegungen verkleinert wird, so kann die in /1/ beschriebene Anordnung, bestehend aus Maximal wertspeicher 10, Subtrahierer 12 und Suchlogik 4, dazu verwendet werden, zu erkennen, wann sich der Zug in Bewegung gesetzt hat.

Sobald diese Anordnung das Beschleunigen des Zuges aufgrund der Verkleinerung von M_soll erkannt hat, schaltet die Suchlogik auf "Beschleunigungserhöhung", um den Arbeitspunkt auf der Kraftschlußkennlinie (Fig. 1) nach rechts zu verschieben. Anschließend arbeitet die Radschlupfregelung nach den in Abschnitten 2.2 und 2.3 beschriebenen Verfahren. Ein sinnvoller, von der Schweranfahrtlogik einzustellender Geschwindigkeitssollwert v_soll kann sowohl ein kleiner, fest vorgegebener Wert, als auch ein aus der Drehzahl n_ist vor dem Erkennen der Schweranfahrt gewonnener Wert sein.

Zur Regelung auf einen konstanten Geschwindigkeitssollwert v_soll wird vorgeschlagen, den Integrator 5 auf den gewünschten Geschwindigkeitssollwert v_soll zu setzen und den Beschleunigungssollwert b_soll = b₂ = 0 vorzugeben. Es kann auch b₂ ≈ 0 gewählt werden. Kleine positive Werte b₂ führen dazu, daß die Radsatzdrehzahl langsam erhöht wird, was sinnvoll sein kann, wenn die zu befördernden Züge nicht zu schwer sind und sich deshalb in kurzer Zeit in Bewegung setzen werden. Sobald die Schwer anfahrtlogik erkannt hat, daß sich der Zug in Bewegung setzt, setzt sie ihr Ausgangs signal auf Null. Die Beschleunigungslogik 31 gibt hierauf den Beschleunigungssollwert b_soll = b₁ aus, so daß der bereits beschriebene Suchbetrieb beginnt.

2.7 Bremsbetrieb

Für das Bremsen gelten ähnliche physikalische Gesetzmäßigkeiten wie für das Fahren:

Die Kraftübertragung im Radaufstandspunkt läßt sich durch eine ähnliche Kraft schlußkennlinie wie beim Fahren beschreiben. Die Radschlupfregelung ist daher nach entsprechenden Modifikationen für Fahren und Bremsen gleichermaßen geeignet.

Liegt der Steuerbefehl "Fahren" vor, so wird der vom Fahrzeugführer vorgegebene Zugkraftsollwert F_soll, wie bereits in Abschnitt 2.5 beschrieben, in die Steuergröße M_b umgerechnet:

mit:
D=Raddurchmesser
ü=Getriebeübersetzung

Diese Umrechnung erfolgt beim Bremsbefehl analog wie beim Fahrbefehl, allerdings erhält die aus dem Bremskraftsollwert B_soll gewonnene Steuergröße M_b ein negatives Vorzeichen:

Beim Bremsen muß das negative Kraftschlußmaximum erkannt werden. Dazu ist der Maximalwertspeicher durch einen Minimalwertspeicher zu ersetzen. Dieser speichert nicht mehr den größten positiven Drehmomentsollwert M_soll, sondern den dem Betrag nach größten Drehmomentsollwert M_soll, der seit dem letzten Rücksetzen aufgetreten ist. Das Umschalten der Suchlogik in den komplementären Zustand wird wie bisher durch den Vergleich von M_soll und M_max am Subtrahierer 12 ausgelöst.

Die Auswahl zwischen Maximalwertspeicher und Minimalwertspeicher erfolgt gesteuert: Bei anstehendem Fahrbefehl wird der Maximalwertspeicher, bei anstehendem Bremsbefehl der Minimalwertspeicher verwendet. Die Speicher werden im Extremwertspeicher 10 zusammengefaßt.

Weiterhin sind die Vorzeichen der von der Beschleunigungslogik 31 auszuwählenden Beschleunigungshübe Δb₀ und Δb₁ zu vertauschen. Es wird also der Beschleunigungs sollwert b₀ als Summe der adaptierten Fahrzeugbeschleunigung b_ad und eines Beschleunigungshubs Δb₀ vorgegeben. Analog wird der Beschleunigungssollwert b₁ aus der um den Beschleunigungshub Δb₁ verminderten adaptierten Fahrzeug beschleunigung b_ad gebildet:

b₀ = b_ad + Δb₀ (26)

b₁ = b_ad - Δb₁ (27)

2.8 Beispiel

Fig. 3 zeigt für eine Anfahrt einer leerfahrenden Lok mit 84 t Gesamtfahrmasse die Zeitverläufe charakteristischer Größen als Ergebnis einer Simulationsrechnung. Im einzelnen sind aufgetragen:
F_soll vom Fahrzeugführer eingestellter Zugkraftsollwert
F_max maximal übertragbare Zugkraft
F übertragene Zugkraft
M_b Steuergröße (entsteht aus F_soll nach Ruckbegrenzung und Berücksichtigung der Leistungsgrenzen der Antriebsanlage) M_soll Drehmomentsollwert für Drehmomentregler
b_soll Beschleunigungssollwert
b_ad adaptierte Fahrzeugbeschleunigung
b_z Fahrzeugbeschleunigung
n_soll Drehzahlsollwert für Drehzahlregler
n_ist Drehzahl des Treibradsatzes
v_u Radumfangsgeschwindigkeit
v_z Fahrzeuggeschwindigkeit.

Das Beispiel der leerfahrenden Lok wurde deshalb gewählt, weil so in einem weiten Geschwindigkeitsbereich vom Stillstand bis etwa 100 km/h die wichtigsten Betriebs zustände der Radschlupfregelung und die zugehörigen Regelvorgänge mit ausreichen der zeitlicher Auflösung dargestellt werden können. Die Beschleunigung eines schweren Zuges auf die gleiche Geschwindigkeit dauert dagegen sehr viel länger, so daß der dann erforderliche Zeitmaßstab die Regelvorgänge weniger gut erkennen ließe.

Im Achsenkreuz 1 sind die Summenzugkräfte für die vierachsige Lok angegeben. Die im Radaufstandspunkt übertragbare Höchstzugkraft der gesamten Lok beträgt F_max = 190 kN. Dies entspricht einem angenommenen maximalen Kraftschluß beiwert f_max = 0,23. Trotz des ab t = 0 am Führertisch vorgegebenen konstanten Zugkraftsollwerts F_soll = 340 kN steigt die tatsächlich ausgeübte Zugkraft F rampen förmig an. Dies ist die Wirkung des üblicherweise auf Fahrzeugen vorgesehenen, hier in der Begrenzungsstufe 1 enthaltenen Ruckbegrenzers.

Dieser sorgt dafür, daß das an die Begrenzerlogik 30 geführte Steuersignal M_b rampenförmig ansteigt (Achsenkreuz 2; Drehmomentmaßstab für einen Radsatz). Die Steuergrößen v_a und M_a stellen sicher, daß der Drehmomentsollwert M_soll für den Drehmomentregler dem Steuersignal M_b exakt folgt. Die Fahrzeugbeschleunigung b_z steigt proportional zur Zugkraft F und den Drehmomentsignalen M_b und M_soll linear an (Achsenkreuz 3). Die in der Beschleunigungsadaptionsstufe 2 gebildete adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad folgt der Fahrzeugbeschleunigung b_z in äquidistanten Schritten. Wie vorgesehen, liegt der Beschleunigungssollwert b_sollk jeweils um den Beschleunigungshub Δb₁ größer als die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad.

Der im Achsenkreuz 4 dargestellte Drehzahlsollwert n_soll und die Radsatzdrehzahl n_ist erhöhen sich entsprechend der linear anwachsenden Beschleunigung parabelförmig und sind nicht erkennbar verschieden. Gleiches gilt für die Radumfangsgeschwindigkeiten v_u und die Fahrzeuggeschwindigkeit v_z bis zum Zeitpunkt t = 8,7 s (Achsenkreuz 5).

In diesem Augenblick erreicht die vom Fahrmotor entwickelte Zugkraft F erstmalig die Kraftschlußgrenze F_max (Achsenkreuz 1). Dadurch löst sich der an die Drehmomentregelung weitergegebene Drehmomentsollwert M_soll selbsttätig vom Steuersignal M_b (Achsenkreuz 2). Die Radschlupfregelung wechselt jetzt vom Begrenzerbetrieb in den Suchbetrieb. Das erste Suchspiel wird ausgelöst durch eine signifikante Rücknahme der Sollbeschleunigung b_sollk (Achsenkreuz 3). Die weiteren Suchspiele zeichnen sich deutlich im folgenden Verlauf der Sollbeschleunigung mit Zusatz- Beschleunigungsanteil ab. Im Suchbetrieb folgt die adaptierte Fahrzeug beschleunigung b_ad der Fahrzeugbeschleunigung b_z mit kleiner Differenz.

Die Drehzahlen n_soll und n_ist weisen bei nicht erkennbarer Differenz untereinander den für den Suchbetrieb typischen sägezahnförmigen Verlauf auf (Achsenkreuz 4). Das jeweils kurzzeitige, dem Betrag nach geringfügige Überfahren des Kraftschluß maximums ist an der Differenz Δv = v_u-v_z erkennbar (Achsenkreuz 5).

Die bei t ≈ 10,9 s und t ≈ 14,2 s im Verlauf des Ausgangssignals M_b der Begrenzungs stufen sichtbaren Änderungen sind Folge der bei Erreichen der zugehörigen Geschwindigkeiten sich ändernden Begrenzungslinien des F-v- Diagramms der Antriebsanlage (Achsenkreuz 2). Erst bei t ≈ 16,3 s fällt die von der Antriebsanlage entwickelbare Zugkraft F unter den im Radaufstandspunkt übertragbaren Wert F_max mit der Folge der anschließenden Übereinstimmung von M_b und M_soll in dieser neuen Phase des Begrenzerbetriebs.

Die aus Achsenkreuz 3 ablesbaren Beschleunigungen b_soll, b_ad und b_z entsprechen den Zeitverläufen im Begrenzerbetrieb unmittelbar nach der Anfahrt. Allerdings verläuft jetzt die adaptierte Fahrzeugbeschleunigung b_ad stets geringfügig über der Fahrzeug beschleunigung b_z. Wegen des im Begrenzerbetrieb ausnahmslos im ansteigenden Ast der Kraftschlußkennlinie liegenden Arbeitspunkts verschwindet die Varianz der Rad satzdrehzahl n_ist und ebenso die Differenzgeschwindigkeit Δv = v_u-v_z bis auf einen nicht mehr erkennbaren Restbetrag.

2.9 Literatur

/1/ Patentschrift DE 39 29 497
/2/ Patentschrift DE 40 20 350
/3/ Patentschrift DE 30 11 541
/4/ Patentschrift DE 27 07 047
/5/ Patentschrift DE 34 07 309
/6/ Patentschrift EP 02 18 839
/7/ Patentschrift EP 01 89 165
/8/ Bauer, Hans- Peter; Pfeiffer, Rudolf; Hahn, Karl: Optimale Kraftschlußausnutzung durch selbstadaptierende Radschlupfregelung am Beispiel eines Drehstrom- Lokomotivantriebes. Elektrische Bahnen 84 (1986) H. 2, S. 43-57
/9/ Hahn, Karl: Simulation einer selbst adaptierenden Radschlupfregelung für elektrische Triebfahrzeuge Elektrische Bahnen 87 (1989) H.2, S. 52-61
/10/ Körber, Joachim; Pfeiffer, Rudolf; Schlosser, Wolfgang: Die Weiterentwicklung der Leistungs- und Steuerungselektronik gemäß den Anforderungen des modernen Schienenverkehrs. ZEV - Glas. Ann. 114 (1990) Nr. 11/12, S. 503-511.

Bezugszeichenliste zu Fig. 2:

1 Begrenzungsstufe
2 Beschleunigungsadaptionsstufe
4 Suchlogik
5 Integrator
6 Multiplizierer
7 Drehzahlregler
8 Drehmomentregler + Umrichter + Fahrmotor
9 Antriebsstrang + Radaufstandspunkt
10 Extremwertspeicher
11 Subtrahierer
12 Subtrahierer
30 Begrenzungslogik
31 Beschleunigungslogik
32 Addierer
33 Addierer
34 Zusatzbeschleunigungslogik
35 Addierer
36 Differenzierer
37 Schweranfahrtlogik
38 Differenzierer

Claims

1. Verfahren zur selbsttätigen Radschlupfregelung von Fahrzeugen mit drehmomentgeregeltem Antrieb und vorzugsweise elektrischen Fahrmotoren unter Verwendung einer Beschleunigungssollwerte integrierenden Einrichtung und Bildung eines Drehzahlsollwerts (bzw. Geschwindigkeitssollwerts), der in Differenz zur Drehzahl des Fahrmotors, Radsatzes oder Rades den Antrieb für eine Anpassung der Radumfangsbeschleunigung bzw. -verzögerung beeinflußt,

- bei dem der Drehmomentregelung eine Drehzahlregelung überlagert ist, die eine Differenz des durch Integration gewonnenen Drehzahl sollwerts n_soll mit der Drehzahl n_ist des Fahrmotors, des Radsatzes oder des Rades als Kriterium für die auf die Schiene oder Fahrbahn übertragene Zugkraft F_z wertet und als entsprechenden Drehmoment sollwert M_soll der Drehmomentregelung (8) vorgibt;
- bei dem die Solldrehzahl n_soll über einen dem Integrator (5) zugeführten Beschleunigungssollwert b_soll beeinflußbar ist;
- wobei ein Abfall des Drehmomentsollwerts M_soll nach anfänglicher Steigerung als Über- oder Unterschreitung der jeweils optimalen, das Kraftschlußmaximum darstellenden Differenzgeschwindigkeit Δv_opt im Radaufstandspunkt gewertet und in eine Umschaltung des Beschleuni gungssollwerts b_soll zwischen zwei Zuständen "Beschleunigungs erhöhung" (b₁) oder "Beschleunigungsreduktion" (b₀) umgesetzt werden kann;
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Beschleunigungssollwert b_soll aus der Summe einer unmittelbar gemessenen oder adaptierten Fahrzeugbeschleunigung und einem veränderbaren Beschleunigungshub Δb ermittelt wird;
- die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuergröße M_b fallweise zu einer Neuberechnung des Geschwindigkeitssollwerts v_soll und des Drehmomentsollwerts M_soll führt;
- die zur Bestimmung des Beschleunigungssollwerts b_soll benötigte Fahrzeugbeschleunigung unmittelbar gemessen oder als adaptierte Fahrzeugbeschleunigung aus der Fahrmotor-, Radsatz- oder Rad drehzahl n_ist gebildet wird;
- vor und nach der Umschaltung zwischen den Zuständen "Beschleuni gungserhöhung" und "Beschleunigungsreduktion" eine Überprüfung der Radumfangsbeschleunigung erfolgt, deren Ergebnis ein erneutes Umschalten verhindern, auslösen oder zu einer Beeinflussung des Beschleunigungshubs Δb führen kann;
- bei der Anfahrt eines sehr schweren Zuges der Geschwindigkeits sollwert v_soll solange auf einen konstanten oder näherungsweise konstanten Wert gesetzt wird, bis der Zug beschleunigt und damit anfährt;
- beim Bremsen der Maximalwertspeicher durch einen Minimalwert speicher ersetzt und der vom Fahrzeugführer vorgegebene Bremskraft sollwert und der Beschleunigungshub Δb mit negativem Vorzeichen gewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungs sollwert b_soll über die unmittelbar gemessene oder adaptierte Fahrzeug beschleunigung ohne Verwendung des Zugkraftsollwerts F_soll oder einer fiktiven Gesamtmasse (-ast) des Fahrzeugs oder Zuges bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuni gungssollwert b_soll in Abhängigkeit des binären Ausgangssignals der Suchlogik (4) oder der Begrenzerlogik (30), der gemessenen oder adaptierten Fahrzeug beschleunigung und eines Beschleunigungshubs Δb₁ oder Δb₀ gebildet wird: b₁ = b_z + Δb₁ ("Beschleunigungserhöhung")b₀ = b_z - Δb₀ ("Beschleunigungserhöhung")oder:b₁ = b_ad + Δb₁ ("Beschleunigungserhöhung")b₀ = b_ad - Δb₀ ("Beschleunigungsreduktion")

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Umschalt zeitpunkten (t₁, t₂) des binären Ausgangssignals der Suchlogik (4) gemessenen Drehzahlen n_ist(t₁) bzw. n_ist(t₂) gespeichert und eine adaptierte Fahrzeug beschleunigung b_ad aus der zur Differenz dieser Drehzahlen, bezogen auf den zeitlichen Abstand der Messungen berechnet wird: mit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand z eines Zählers immer dann um eins erhöht wird, wenn der Drehmoment sollwert M_soll gleich oder größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe (1) gebildete Steuergröße M_b, und daß eine Adaption der Fahrzeugbeschleunigung veranlaßt wird, sobald der Zählerstand z den vorgegebenen Wert z_max erreicht hat, und sodann der Zählerstand auf Null zurückgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeug beschleunigung b_z durch eine unmittelbare Messung mit Hilfe eines Beschleuni gungsaufnehmers bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umschalten von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" die Rad umfangsbeschleunigung b_ist mit der gemessenen oder adaptierten Fahrzeug beschleunigung verglichen und die Umschaltung erst dann ausgeführt wird, wenn für eine vorgegebene Zeit die Radumfangsbeschleunigung b_ist kleiner ist als die gemessene oder adaptierte Fahrzeugbeschleunigung abzüglich einer Sicherheits schwelle Δb_s: b_ist < b_z - Δb_soder:b_ist < b_ad - Δb_s

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umschalten von "Beschleunigungsreduktion" auf "Beschleunigungserhöhung" die Radumfangs beschleunigung b_ist abgespeichert (b_sp = b_ist) und nach der Umschaltung die Radumfangsbeschleunigung mit dem abgespeicherten Wert b_sp verglichen wird, wobei das Ergebnis des Vergleichs zur Veränderung des Beschleunigungs sollwerts b_soll verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuni gungssollwert b₀ verkleinert wird, wenn sich die Radumfangsbeschleunigung nicht innerhalb einer vorgebbaren Zeit nach dem Umschalten von "Beschleuni gungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" um einen bestimmten Wert verkleinert hat.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung zwischen Beschleunigungsollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist zur Veränderung des Beschleunigungsollwerts b_soll verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bei zu großen Abweichungen zwischen Beschleunigungssollwert b_soll und Radumfangs beschleunigung b_ist veränderte Beschleunigungssollwert b_sollk nach der folgenden Formel bestimmt wird: b_sollk = b_soll + K_F1 · (b_ist - b_soll)y ("Beschleunigungserhöhung")mit:
y = Exponent
K_F1 = Konstanteb_sollk = b_soll - K_F2 · (b_ist - b_soll)y ("Beschleunigungsreduktion")mit:
y = Exponent
K_F2 = Konstante

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der vom Drehzahlregler (7) berechnete Drehmomentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe 1 gebildete Steuer größe M_b, der Ausgangswert des Integrators 5 und die Größen des Drehzahl reglers (7) auf neu ermittelte Werte gesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Drehmomentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe (1) gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert des Integrators v_soll und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers bei Verwendung eines P-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden: oder: oder:M_soll = M_bmit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_r = Reduktionsfaktor
K_red = Reduktionswert
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers

14. Verfahren nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Drehmomentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe (1) gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert des Integrators v_soll und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers bei Verwendung eines PI-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden: v_soll = v_sollalt - K_redoder: M_I = M_b - M_PM_soll = M_P + M_Imit:
D = Raddurchmesser
ü = Getriebeübersetzung
K_red = Reduktionswert
V_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
n_istg = geglättete Drehzahl
KPDR = Proportionalverstärkung des Drehzahlreglers
M_P = P-Anteil des Drehzahlreglers
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers.

15. Verfahren nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß, sobald der Drehmomentsollwert M_soll größer wird als die vom Fahrzeugführer vorgegebene und über die Begrenzungsstufe (1) gebildete Steuergröße M_b, der Ausgangswert des Integrators v_soll und der Drehmomentsollwert M_soll des Drehzahlreglers bei Verwendung eines PI-Reglers nach folgenden Formeln bestimmt werden: v_soll = v_sollalt für n_soll n_istv_soll = v_soll + K_v für n_soll < n_istM_I = M_bM_soll = M_Imit:
K_v = Vergrößerungswert
v_sollalt = Geschwindigkeitssollwert der vorhergehenden Berechnung
M_I = I-Anteil des Drehzahlreglers

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweranfahrt logik beim oder nach dem Umschalten von "Beschleunigungserhöhung" auf "Beschleunigungsreduktion" überprüft, ob die Drehzahl n_ist kleiner als eine vorgebbare Drehzahlschwelle n_sa ist, und bei erfüllter Bedingung den Drehzahl sollwert der integrierenden Einrichtung auf einen konstanten (b_soll = 0) oder näherungsweise konstanten (b_soll ≈ 0) Wert setzt.

17. Verfahren nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwer anfahrtlogik die "Beschleunigungserhöhung" (b_soll = b₁) vorgibt, sobald sich der Zug in Bewegung setzt.

18. Verfahren nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Verkleinerung des sehr stark geglätteten Drehmomentsollwerts M_soll mit dem Maximalwertspeicher (10), der Suchlogik (4) und dem Subtrahierer (12) erkannt wird, wann sich der Zug in Bewegung setzt.

19. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die aufweist einen Integrator (5). dessen Ausgangsgröße v_soll über einen den Raddurchmesser D und die Getriebeübersetzung ü berücksichtigenden Multiplizierer 6 einem Subtrahierer (11) zugeführt ist.

20. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 19, die aufweist einen Subtrahierer (11), mit dem ein Vergleich des Drehzahlsollwerts n_soll mit der Drehzahl n_ist erfolgt und dessen Drehzahldifferenz an einen Drehzahl regler (7) gelegt ist, der eine Drehmomentregelung steuert.

21. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssoll wert b_soll über den Addierer (32) aus der Summe der gemessenen oder von der Beschleunigungsadaptionsstufe (2) vorgegebenen, adaptierten Fahrzeug beschleunigung b_ad und einem von der Beschleunigungslogik (31) vorgegebenen Beschleunigungshub Δb gebildet wird.

22. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsgröße der Such logik (4) und eine Ausgangsgröße der Begrenzerlogik (30) und die Radumfangs beschleunigung b_ist die Eingangsgrößen der Beschleunigungslogik (31) sind, die den Beschleunigungshub Δb an den Addierer (32) anlegt.

23. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des Integrators (5) über den Addierer (33) aus der Summe des Beschleunigungs sollwerts b_soll und einem am Ausgang der Zusatzbeschleunigungslogik (34) abgegebenen Beschleunigungswert gebildet wird.

24. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzbeschleunigungs logik (34) über einen Subtrahierer (35) die Differenz zwischen Beschleunigungs sollwert b_soll und Radumfangsbeschleunigung b_ist zugeführt wird.

25. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Ausgang des Dreh zahlreglers (7) abgegebene Drehmomentsollwert M_soll an die Drehmoment regelung (8), an den Eingang eines Extremwertspeichers (10), einen Subtrahierer (12) und an den Eingang der Begrenzerlogik (30) gelegt ist.

26. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgrößen der Begrenzerlogik an die Beschleunigungslogik (31), die Suchlogik (10), den Integrator (5) und den Drehzahlregler (7) geführt sind.

27. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl n_ist der Schwer anfahrtlogik (37) zugeführt ist, deren Ausgangsgröße an den Integrator (5) geführt ist, so daß die Ausgangsgröße v_soll des Integrators auf einen konstanten oder näherungsweise konstanten Wert gesetzt werden kann.